Особливості відкритої розробки похилих та крутоспадних родовищ

При розробці похилих покладів крім покриваючих порід необхідно видалити і частину вміщуючих пустих порід для створення транспортного доступу до різних частин покладу по глибині і забезпечення стійкості масиву вміщаючих порід, причому видаляються тільки розкривні породи висячого боку покладу. Розкривні породи розміщуються у відвали за межами кар’єрного поля.

При розробці крутоспадаючого покладу необхідно видаляти вміщуючі породи як з висячого так і лежачого боків. Об'єм розкривних порід на таких кар'єрах звичайно значно перевищує об'єм видобутку КК (іноді в 10-20 разів).

Особенности разработки наклонных и

Крутопадающих залежей

Разработку наклонных и крутопадающих залежей ведут технологическими комплексами с использованием транспорта. Главной особенностью горных работ на месторождениях этого типа является понижение рабочей зоны карьера. По мере отработки запасов полезного ископаемого, это обусловливает необходимость регулярного вскрытия и подготовки новых горизонтов и не позволяет (за редким исключенном) применять внутреннее отвалообразование. Кроме того, рабочая зона включает несколько уступов, число которых не остается постоянным. Невозможно выделять породные и добычные уступы. Они, как правило, смешанные. Следовательно, один и тот же экскаватор в пределах одного уступа и даже блока может периодически вести выемку и вскрышных пород, и полезного ископаемого.

На угольных месторождениях вмещающие породы обычно полускальные и скальные, а угли – плотные или полускальные. Для многих рудных месторождений характерны скальные породы и руды с широким диапазоном изменения горно-технологических свойств.

По мере понижения горных работ возрастает трудность разработки пород даже одного минералогического состава, вследствие увеличения прочности и уменьшения трещиноватости массива. Растут также водоприток, требования к устойчивости бортов карьера и атмосферным условиям в нем.

При разработке углубочными системами нередки случаи, когда протяженность фронта работ на верхних горизонтах достигает 3–4 км, а число работающих экскаваторов на уступе двух-трех, а иногда и больше. На нижних горизонтах длина фронта уменьшается до нескольких десятков метров, а число экскаваторов – до одного, нередко отвлекаемого на проходку траншей, вследствие чего неизбежна частая переброска выемочно-погрузочных машин. При этом усложнено и управление качеством полезного ископаемого.

Системы разработки

Выбор системы разработки зависит от формы залежей и карьерных полей. На вытянутых месторождениях применяют продольные и поперечные системы разработки с параллельным подвиганием фронта работ. В ряде случаев практикуют и комбинированные поперечно-продольные системы [4, 20]. При разработке относительно коротких руд­ных тел округлой формы характерно радиально-круговое развитие горных работ (кольцевые системы разработки) с подвиганием фронта работ от центра к флангам, а на куполообразных залежах – и от границ карьерного поля к центру. В этих же условиях при вскрытии внутренними стационарными траншеями со спиральной формой трассы принципиально возможна веерная рассредоточенная система разработки с поворотным пунктом в точке примыкания траншей к горизонтам.

Особенность продольных и поперечных систем разработки – разнообразие вариантов начального положения и направления развития фронта уступов (рис. 10.1).

Наименьшие объемы горно-капитальных работ и высокую интенсивность отработки обеспечивают 1 и 2-й варианты углубки карьера, причем при подвигании фронта от висячего бока к лежачему ниже уровень потерь и разубоживания, проще осуществлять раздельную выемку. Рабочие горизонты в этом случае вскрывают временными съездами, что усложняет условия эксплуатации транспорта. На карьерах, разрабатывающих мощные месторождения, часто проходят разрезные траншеи непосредственно по залежи вблизи висячего и лежачего боков или по ее центру (вариант 3), что позволяет создавать дополнительные добычные забои в период подготовки новых горизонтов.

Углубка карьера по направлению 4 (схема а)хотя н обеспечивает стационарность вскрывающих выработок, но связана с наибольшим объемом горно-строительных работ. При углах падения залежи до 40° можно исключить разнос борта карьера со стороны лежачего бока, на котором следует располагать стационарные съезды. В остальных случаях вариант 5 хотя и обеспечивает меньший объем работ в период строительства карьера, но уступает вариантам 1-3.

На вытянутых карьерных полях, отрабатываемых с использованием автотранспорта, часто применяют поперечные системы разработки, позволяющие резко сократить объем горно-капитальных работ и уменьшить протяженность транспортных коммуникаций. Высокую интенсивность отработки обеспечивает вариант 6 (схема б).Развитие работ от торцов карьера к центру (варианты 7, 8) обусловливает стационарность вскрывающих траншей, может оказаться целесообразным с учетом господствующих ветров и снегозаносимости карьера, а также позволяет размещать часть породы во внутренних отвалах. Оно характерно и при отработке мульдообразных залежей [30].

Отработку месторождений высотного и высотно-глубинного типов начинают с верхних косогорных горизонтов. Для карьеров, верхний контур которых выходит на склон возвышенности, типична продольная однобортовая система разработки. Подготовку горизонтов ведут разрезными полутраншеями. Контуры отрабатываемых уступов повторяют рельеф косогора. Характерно большое число вскрышных рабочих уступов с узкими площадками, в результате чего развал горной массы при взрывах перекрывает нижележащий горизонт. В этом случае применяют каскадные взрывы – взрывают несколько смежных горизонтов, что уменьшает простои оборудования [30].

Поперечная система разработки в ряде случаев обеспечивает более устойчивый режим вскрышных и добычных работ без существенного увеличения объема горно-подготовительных работ. На вытянутых пластообразных залежах малой мощности возможна перевалка пород за контур карьера в отвалы, расположенные на косогоре. По мере понижения рабочей зоны возникает необходимость переэкскавации части породы, оставленной на склоне у бровки уступа [30].

При обосновании направления развития фронта, высоты уступов, ширины рабочих площадок на карьерах, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями, нужно дополнительно учитывать затраты на борьбу со снежными заносами, а также возможность возникновения лавинной опасности в карьере [4].

Кольцевые системы разработки по классификации акад. В.В. Ржевского характерны для отработки округлых карьерных полей.

В случае разработки сложных месторождений на каждом из участков применимы различные системы или отдельные варианты развития фронта в зависимости от изменения горно-геологических условий и масштаба горных работ. Системы разработки могут меняться и по мере углубки карьера.

Добычу полезного ископаемого и удаление вскрыши при углубочных системах разработки осуществляют в основном с помощью карьерных экскаваторов-мехлопат в сочетании с автомобильным, железнодорожным, реже с конвейерным транспортом.

Основные параметры систем: высота и углы откоса уступов, ширина рабочих площадок, длина экскаваторных блоков, углы откоса рабочих бортов. Длина общего фронта работ, как правило, не оптимизируемая величина. Она предопределяется природными условиями месторождения, размерами карьерного поля и связана с общим количеством одновременно разрабатываемых уступов. Однако при стабильной производительности карьера может возникнуть необходимость оптимизации количества одновременно отрабатываемых уступов с целью достижения наилучших технико-экономических показателей разработки, что повлечет за собой и оптимизацию общей длины фронта работ.

Методы определения высоты уступов, ширины рабочих площадок и длины экскаваторных блоков общепринятые, но имеют свои особенности. Так, высота уступов в скальных породах, как правило, меньше максимально возможной высоты, допускаемой действующими правилами безопасности. Дело в том, что при многорядном короткозамедленном взрывании в ряде случаев высота развала превышает высоту уступа. Поэтому для исключения образования в забоях «козырьков», особенно при угрозе смерзания увлажненных пород, соответствующим образом корректируют высоту уступа.

Разная протяженность фронта работ на верхних и нижних горизонтах иногда вызывает стремление регулировать высоту уступа с целью равномерного распределения по горизонтам однотипного оборудования: уменьшить высоту наиболее протяженных верхних уступов и увеличить высоту нижних.

Однако увеличение высоты нижних, как правило, добычных уступов неизбежно ведет к увеличению качественных и количественных потерь. Кроме того, значительная подвижность рабочей зоны в плане и по глубине приводит к постоянному изменению длины фронта работ. В результате уступы с минимальной длиной активного фронта через 5-7 лет становятся верхними и в случае повышенной высоты и недостаточной протяженности для расстановки максимального числа экскаваторов станут ограничивать подвигание рабочей зоны и углубку карьера.

Вследствие этих причин в практике проектирования действует правило: для разработки пород с близкими горнотехническими характеристиками высота уступов должна быть одинаковой, независимо от их расположения по глубине карьера.

При продольных системах разработки подготовка горизонтов траншейная, а подвигание рабочих бортов ведут в основном вдоль короткой оси карьера. Лишь незначительная часть фронта работ при постепенной траншейной подготовке горизонтов перемещается в диагональном направлении к простиранию залежи за счет последовательного расширения траншей на смежных горизонтах.

Для определения количества одновременно разрабатываемых добычных уступов используют известные аналитические зависимости [31]. При большой протяженности залежи число рабочих уступов зависит от расстояния между траншейными забоями на смежных горизонтах [4].

Увеличение годового подвигания фронта работ может быть обеспечено следующими способами [20]: увеличением числа экскаваторов на горизонтах, заменой экскаваторов на ограничивающих горизонтах на более мощные модели, применением вспомогательной технологической схемы на ограничивающих горизонтах в дополнение к основной. Однако внедрение этих мероприятий неизбежно приводит к выполаживанию рабочего борта карьера и увеличению эксплуатационного коэффициента вскрыши [4].

Поэтому необходимо рассматривать и целесообразность возрастания скорости углубки путем увеличения высоты уступа при одновременной замене экскаваторов на более мощные с повышенной высотой черпания, что позволит достигнуть поставленной цели при меньшей скорости подвигания рабочего борта.

При поперечных системах разработки подвигание фронта работ вскрышных и добычных уступов осуществляется вдоль длинной оси карьера – по простиранию залежи или параллельно ей.

На продольных бортах оставляют минимальные или узкие рабочие площадки с целью сокращения текущих объемов вскрыши. Подготовку горизонтов ведут, как правило, котлованами, изредка – траншеями.

Ширину рабочих площадок по простиранию (м) определяют, исходя из размещения развала взорванной горной массы, горно-транспортного оборудования и необходимого резерва запасов:

, (10.1)

где П_min – ширина площадки, учитывающая ширину развала взорванной породы (от первого ряда скважин), размещение автомобильной (железнодорожной) дороги и буровых станков, м; А_у – годовая производительность одного добычного уступа, м; m_г – горизонтальная мощность залежи, м.; h – высота уступа, м; μ – норматив обеспеченности подготовленными запасами полезного ископаемого, лет.

Годовую производительность добычного уступа устанавливают по условию расстановки экскаваторов, или исходя из потребности в сырье.

Длина экскаваторного блока при этом ограничивается только условиями работы карьерного транспорта, что позволяет уменьшить ее величину до 150–200 м при подготовке горизонтов разрезными траншеями и до 50–100 м при подготовке котлованами.

Ширину рабочих площадок вкрест простирания залежи находят только по условию размещения взорванной горной массы и возможности разворота автосамосвалов. По данным А.И. Арсентьева, она составляет 25–40 м. На карьерах Заполярья при большой снегозаносимости целесообразно увеличить ширину рабочей площадки вкрест простирания до 50–55 м.

Угол откоса рабочего борта по простиранию составляет 2–5º, а вкрест простирания – 20–25º, что почти вдвое больше, чем при продольных системах разработки. Вследствие этого значительно снижаются текущие объемы вскрышных работ.

Длина поперечных заходок (вкрест простирания) может быть самой различной, но не менее 30–50 м. При разработке залежей с горизонтальной мощностью до 80–100 м длину поперечных заходок принимают равной мощности залежи.

Длина фронта работ равна суммарной длине поперечных заходок на всех рабочих уступах.

При продольно-поперечных системах разработки фронт добычных работ перемещается по простиранию, а породный фронт – вкрест простиранию залежи или под углом к нему.

Такие системы разработки по данным К.А. Кумачева и В.Я. Майминда [20] применяют при отработке:

- крутых залежей со значительной мощностью наносов, на удалении которых используют высокопроизводительные комплексы, требующие по возможности прямолинейного фронта работ;

- вытянутых наклонных и слабонаклонных залежей, на которых углубка рабочей зоны сопровождается значительным подвиганием вскрышного фронта в направлении от их висячего бока.

Ширину добычных рабочих площадок определяют так же, как и для поперечных систем разработки. Ширину породных рабочих площадок на борту, перемещаемом вдоль короткой оси карьера и в диагональном направлении, принимают по аналогии с шириной площадок на вскрышных уступах при продольных системах разработки.

Отработка округлых залежей кольцевыми системами разработки характеризуется многосторонним подвиганием фронтов добычных и вскрышных работ.

Расчет скорости подвигания уступов в различных направлениях производится так же, как и при продольных системах разработки. Однако скорость подвигания уступов по простиранию и вкрест простирания будет одинаковой только в том случае, если залежь имеет в плане форму правильной окружности.

При выходе уступов из добычной зоны скорость их подвигания будет наименьшей. Для достижения заданной скорости углубки с этими минимально возможными скоростями должно быть обеспечено соответствующее годовое подвигание фронта на нижних породных уступах. Скорость перемещения верхних породных уступов определяют при календарном планировании и окончательно корректируют при составлении планов развития работ.

Длина добычных блоков при подвигании уступов по простиранию в начальный период их отработки равна ширине первоначального котлована и может возрастать затем до горизонтальной мощности залежи. При подвигании вкрест простирания она колеблется от длины котлована до длины залежи по простиранию.

Подготовка горизонтов

Различают траншейную и бестраншейную подготовку горизонтов [33]. В свою очередь, к разносу бортов разрезной траншеи могут приступать только после проведения ее на всю длину фронта работ на уступе (полная траншейная подготовка) или после проходки ее участка определенной длины. В последнем случае совмещают проведение траншеи и разнос ее бортов (постепенная траншейная подготовка).

Полная траншейная подготовка целесообразна при невысокой интенсивности работ и проведении разрезных траншей по породе, – то есть при 1, 2, 4, 5 -ом, реже 7, 8 -ом вариантах начального положения фронта работ (рис. 10.1). Этот способ подготовки горизонтов требует неукоснительного выполнения закона соразмерного развития горных работ на смежных уступах [4].

Для повышения интенсивности отработки и производительности карьера, а также при недостаточном опережении смежных уступов применяют постепенную траншейную подготовку или разрезные котлованы

Постепенная траншейная подготовка обеспечивает существенное по­вышение интенсивности отработки месторождения. К ней прибегают и в случае отставания работ на смежных горизонтах.

При использовании железнодорожного транспорта возможна подготовка горизонтов разрезными траншеями с шириной по дну 40–60 м. [31]. Такой способ возможен при следующих условиях:

- когда необходим дополнительный забой по полезному ископаемому, а горные породы на вышележащем уступе не обеспечивают опережения, достаточного для проходки траншеи нормальной скоростью;

- когда нет надобности в большой скорости проходки разрезной траншеи; в этом случае можно значительно увеличить производительность траншейного экскаватора, так как 15–20 %горной массы грузится фронтально;

- во всех случаях вскрытия внутренними траншеями на расстояние от конца въездной траншеи 80–100 м с целью облегчения проходки разрезной траншеи в противоположную сторону.

Железнодорожный путь прокладывают по оси траншеи. Экскаватор производит выемку породы сначала при диагональных проходах с погрузкой в один вагон, после чего состав переформировывают; затем экскаватор пере­ходит на другую сторону пути и производит погрузку трех-четырех, а потом одного вагона без обменных операций. Месячная производительность траншейного экскаватора увеличивается до 35–40 тыс. м³, а среднемесячная скорость проходки траншеи составляет 60–80 м, что несколько выше, чем при выемке сплошным забоем с нижней погрузкой при взрывании узкой полосой, но меньше, чем при послойной проходке.

Для расчета показателей интенсивности разработки используют зависимости, предложенные проф. А.И. Арсентьевым (п. 8.4). В случае подготовки котлованами, характерной для поперечных и кольцевых систем разработки, интенсивность отработки и возможная производительность карьера по полезному ископаемому существенно возрастают.

Для интенсификации работ в периоды строительства карьера и наращивания производственной мощности применяют многозабойную подготовку горизонтов с использованием автомобильного транспорта [38]. При этом обуривают и взрывают на всю высоту уступа несколько участков, на которых проходят несколько временных съездов и котлованов. В дальнейшем эти участки объединяют и создают общий фронт работ. Для сокращения расстояния транспортировки сохраняют в одновременной работе до 6–7 съездов на одном горизонте. Срок службы их составляет от 5–6 мес. до 1,0–1,5 лет. По мере расширения выработанного пространства на горизонте съезды переносят на новое место, т.е. заново проходят по взорванной породе в 50–150 м от старого съезда. При подходе горных работ к проектному контуру карьера создают стационарные съезды в соответствии с проектной схемой вскрытия.

Формирование схем вскрытия

Обоснование схем вскрытия карьерных полей является одним из сложнейших вопросов проектирования, который не поддается пока ни нормированию, ни формализации.

При углубочных системах разработки принятая схема вскрытия никогда не остается постоянной. Ее изменения связаны с работами по сооружению и устройству новых вскрывающих выработок и пунктов примыкания их к горизонтам, а также, при необходимости, и с переносом транспортных коммуникаций, ликвидацией старых выработок.

Интенсивность изменения схем вскрытия в первую очередь зависит от темпов подвигания фронта и понижения горных работ. Характер изменения – от создания новых временных трасс и ликвидации старых до перехода на другой способ вскрытия.

Для вскрытия наклонных и крутопадающих залежей широкое распространение получили внутренние траншеи с простой н сложной формой трассы, а также выработки смешанного заложения, когда верхние горизонты вскрыты внешними, а остальные – внутренними траншеями. Простая форма трассы съездов характерна для вскрытия горизонтов в карьерах глубиной до 60–100 м, разрабатывающих вытянутые залежи. Неизменное направление движения транспортных средств, простая конструкция раздельных пунктов на участках примыкания обеспечивают высокую пропускную и провозную способность трассы. Примыкание к рабочим горизонтам, как правило, на горизонтальных площадках.

Вскрытие тупиковыми внутренними траншеями (рис. 10.2) типично для комплексов с железнодорожным транспортом, когда размеры карьера в плане и его глубина не обеспечивают размещение на одном из бортов выработок с простой формой трассы. Для организации поточного движения поездов на уступах карьеров большой производственной мощности устраивают телескопические разъезды (рис. 10.2, б), ступенчатые (рис. 10.2, в) съезды, или прибегают к вскрытию парными системами траншей (рис.10.2, а).

Петлевые трассы обладают высокой пропускной способностью. Площадки для разворота транспортных средств размешают в выемке, на насыпи или частично на насыпи, частично в выемке (полувыемке-полунасыпи) (рис. 10.3). В последнем случае породы выемки используют для сооружения насыпи. Объем горных работ по сооружению площадок пропорционален кубу радиуса разворота и может достигать нескольких миллионов кубических метров. Поэтому петлевые съезды при железнодорожном транспорте применяют только в тех случаях, когда затраты на сооружение разворотных площадок окупаются экономией средств от увеличения скорости движения составов и уменьшения их простоев на пунктах примыкания. Такие трассы общеприняты для авто транспорта, причем площадки размещают чаще всего в торцах карьера, чтобы избежать выполаживания бортов значительной протяженности и связанного с этим увеличения объема вскрыши в контуре карьера

Округлые карьерные поля с устойчивыми бортами вскрывают траншеями со спиральной формой трассы. При стационарном ее устройстве подвигание фронта работ на уступах веерное. Чаще прибегают к вскрытию временными съездами при радиальном подвигании фронта от центра к флангам, так как такое развитие работ не ведет к ограничению числа рабочих уступов. Спиральная трасса формируется в стационарном положении постепенно, по мере отработки уступов.

Одним из основных технических направлений в проектировании глубоких и мощных карьеров, использующих железнодорожный транспорт, при равнинном рельефе поверхности является вскрытие внешними траншеями глубокого заложения (Н_т = 50–100 м). Фланговое их расположение позволяет устраивать стационарные коммуникации на нерабочем борту и прямые заезды на горизонты рабочего борта. Число траншей должно быть не меньше двух, а их транспортные коммуникации необходимо соединять на некоторых горизонтах и, что особенно важно, с общим разъездом (станцией), размещенным внутри карьера. Глубина каждой из траншей должна быть разной, чтобы осуществить охват по возможности большей части рабочей зоны и сократить внутрикарьерные перевозки горной массы [20].

Вскрытие горизонтов нагорных карьеров имеет следующие отличительные особенности. Обычно применяют отдельные и групповые внешние полутраншеи. Горизонты, объединенные одним транспортным выходом, соединяют между собой наклонными съездами. В стесненных условиях наиболее приемлемы общие внешние полутраншеи со сложной формой трассы, которые связаны с рабочими горизонтами соединительными горизонтальными полутраншеями. Для вскрытия глубинных зон используют системы автомобильных спирально-петлевых и железнодорожных спирально-тупиковых выработок. При сильно пересеченном рельефе района разрабатываемого месторождения целесообразны схемы вскрытия подземными выработками: стволами, рудоспусками, штольнями. Применяют также схемы вскрытия системами выработок для комбинированных автомобильно-конвейерного или автомобильно-скипового и железнодорожного видов транспорта [20].

Переход на транспортно-гравитационные или гравитационно-технологические схемы предусматривает отказ от перевозок по склону горы. Дорогу на склоне используют лишь как хозяйственную.

Перепуск горной массы к подножию горы ведут по наземным (рудо- и породоскатам), подземным выработкам (рудо- и породоспускам) или по крутому склону горы, выполняющему функцию породоската. В последнем случае вскрытие горизонтов бестраншейное. У подножия горы сооружают приемную площадку с перегрузочным оборудованием [33, 38].

Вскрытие наклонными траншеями смешанного заложения на глубоких равнинных карьерах позволяет упростить трассы и повысить их пропускную способность. При параллельном вскрытии наклонными траншеями различного заложения возможны сочетания: внутренних общих или групповых траншей и внешних групповых траншей; траншей смешанного заложения и внешних траншей; внутренних общих или групповых траншей и общих или групповых траншей смешанного заложения. При железнодорожном и автомобильно-железнодорожном транспорте дополнительные внешние или смешанные трассы устраивают в периоды строительства и реконструкции карьера для обеспечения всего или части грузооборота верхних горизонтов. При использовании автотранспорта смешанное заложение обычно имеют стационарные трассы, а внутреннее – временные и скользящие съезды. Последние позволяют повысить интенсивность отработки месторождения или подготовки нижележащих горизонтов.

Одновременное использование наклонных и крутых траншей, а также наклонных и крутых траншей в комбинации с подземными выработками широко применяют при отработке глубоких карьеров.

Наличие автотранспорта обусловливает относительно частое изменение числа и положения съездов, транспортных коммуникаций в соответствии с развитием горных работ. Стабильность сохраняется лишь в отдельные этапы вскрытия. Каждый этап вскрытия длительностью от 2 до 5 лет характеризуется существенным изменением контуров рабочих горизонтов и объемов перевозок. Окончательную систему вскрывающих трасс устанавливают путем формирования рациональных вариантов схем вскрытия для отдельных этапов и определения наилучшего порядка их сочетания [4, 30].

Формирование вариантов схем вскрытия включает трассирование дорог, определение расстояний транспортирования и величины транспортной работы, распределение грузопотоков с рабочих горизонтов между отдельными трассами и приемными пунктами и оценку затрат на создание и изменение схем вскрытия. Оптимальный вариант находят сопоставлением затрат на устройство, эксплуатацию и последующее поэтапное изменение соответствующих схем.

При использовании автомобильно-конвейерного транспорта для вскрытия горизонтов применяют крутые траншеи в сочетании с временными или скользящими съездами. Возможна также комбинация последних с подземными горными выработками [38].

Вскрытие подземными выработками применяют при разработке глубинных, высотных и высотно-глубинных месторождений. Этот способ используют в тех случаях, когда проведение подземных выработок экономичнее, чем капитальных траншей и позволяет сократить расстояние и энергоемкость доставки полезного ископаемого.

Тоннели и штольни предназначены для движения колесного транспорта. Стволы оборудуют конвейерными или скиповыми подъемниками. Такая схема позволяет избежать пересечения подъемников с железнодорожными путями или автодорогами и создать транспортный выход, не зависящий от устойчивости бортов карьера. Вскрытие горизонтов нагорных месторождений рудоспусками в сочетании с подземными транспортными выработками возможно, начиная с первого периода эксплуатации, при крутых, склонах (более 20º) и значительной разнице отметок между добычными горизонтами и господствующей поверхностью. Наиболее распространены рудоспуски, расположенные внутри карьера.

Различают вертикальные, наклонные, ступенчатые и ступенчато – наклонные рудоспуски. Вертикальные рудоспуски наиболее надежны в эксплуатации, но при большой глубине в их нижней части происходит сильное самоуплотнение аккумулируемой горной мессы. Наклонные рудоспуски лишены этого недостатка, однако их стенки подвержены сильному износу и в них выше вероятность зависания горной массы. Ступенчатые и ступенчато-наклонные рудоспуски применяют в основном для снижения высоты падения кусков руды и соответственно их динамического воздействия на днище и выпускные устройства.

Число рудоспусков зависит от производительности карьера. Большей частью используют не менее двух выработок: одна находится в работе, другая – в резерве или срезается. Минимальное расстояние между ними – 20–100 м.

Транспортными подземными выработками для перемещения на поверхность руды, поступающей из рудоспусков, служат штольни и тоннели. В них размещают железнодорожный транспорт широкой колеи или конвейеры.

При комбинированной открыто-подземной разработке месторождений возможно вскрытие нижних рабочих горизонтов рудоспусками, квершлагами и стволами, что позволяет сократить капитальные затраты и эксплуатационные расходы на открытую разработку.

Вскрытие рабочих горизонтов глубинного типа посредством железнодорожных тоннелей, проводимых с поверхности, впервые в России предложено Е.Ф. Шешко и В.В. Ржевским для условий Коркинского карьера. Тоннели выходят непосредственно в рабочую зону карьера.

По данным В.В. Ржевского [30], применение этой схемы вскрытия позволяет:

- уменьшить объем горных работ по разносу нерабочих, бортов в результате сокращения числа транспортных берм и площадок дляразмещения тупиков;

- сократить расстояние транспортирования горной массы, так как тоннели могут выходить на поверхность непосредственно к пунктам приема карьерных грузов;

- увеличить пропускную способность трасс и улучшить условия работы транспорта при использовании простой формы трассы;

- вскрывать новые горизонты и формировать нужные грузопотоки породы и полезного ископаемого независимо от производства горных работ на вышележащих уступах, т.е. не нарушать режима работы предприятия.

Преимущества применения таких тоннелей позволяют существенно увеличить возможную глубину погружения трассы железнодорожных путей. Основная область применения тоннелей - вскрытие глубоких горизонтов (200–250 м и более) при годовом грузообороте 40–50 млн. т и более при использовании в карьере железнодорожного или автомобильно-железнодорожного транспорта. Обходные тоннели необходимы также для развязки пересекающихся грузопотоков горной массы.

По данным В.И.Супруна [38], для ввода на нижние горизонты карьера нескольких главных путей в большинстве случаев целесообразно применение внешних капитальных траншей. Использование железнодорожных тоннелей, проводимых с поверхности, может быть эффективным, когда отработку карьера осуществляют при отсутствии стационарных бортов. В таком случае тоннельное вскрытие оправдывается снижением объемов работ по приведению рабочих бортов в стационарное положение или уменьшением работ в торцевых участках карьера для формирования необходимых радиусов кривых.

Тоннели, проводимые из карьера, можно применять вместо глубоких капитальных траншей, прокладываемых впериод реконструкции предприятий. Выработки этого типа используют в тех случаях, когда уложенные в них транспортные коммуникации образуют единую транспортную сеть с коммуникациями, расположенными на борту карьера.

Сооружение тупиковых железнодорожных тоннелей (штолен) предполагает снижение объемов горных работ по расширению стационарного карьера в торцевых участках, что имело место при вскрытии Сарбайского карьера. Важнейшим достоинством тупиковых тоннелей является независимость их проходки от производства горных работ в карьере, что позволяет достигнуть высоких темпов углубки и уменьшить объем автоперевозок в зоне нижних горизонтов для карьеров, использующих комбинацию автомобильного и железнодорожного транспорта [38].

По данным «Гипроруды» [20] возможности железнодорожного транспорта на карьерах по условиям вскрытия не ограничивается глубиной 200–250 м. По наклонным подземным выработкам (штольням, тоннелям) за контуром карьера можно располагать железнодорожные коммуникации практически до любой целесообразной глубины.

Тоннельное вскрытие целесообразно для карьеров, входящих в систему одновременно эксплуатируемых карьерных полей, с целью создания единой транспортной схемы, например, при разработке Баженовского месторождения асбеста, Экибастузского угольного месторождения и др.

Имеются примеры вскрытия высотных горизонтов нагорных карьеров с помощью восстающих конвейерных тоннелей (карьер Дженерозо в Швейцарии). В этомслучае конвейер работает на спуск.